Bu sunumda Khorasani ve ekibinin yapmış olduğu deneysel çalışma incelenmiştir. Sunulan çalışmada fonksiyonel bir yara örtüsü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Heparinize polivinil alkol (PVA) / kitosan (CS) / nano çinko oksidin (nZnO) hidrojellerde yara sargısı olarak kullanılmak üzere hazırlanmış ve örnekler kızılötesi spektrometre (FTIR), X-ışını difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Ayrıca, şişme oranı, su buharı iletim hızı, gözeneklerin büyüklüğü, hücre canlılığı ve anti-bakteriyel etkinlik gibi diğer özellikler de incelenmiştir. Ek olarak, heparin yüklemesi optimum örnekler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Hazırlanmış olan polimerik hidrojellerin antibakteriyel özellikleri, nZnO içeriği arttıkça yaraları etkili bir şekilde koruduğu bulgusuna varılmıştır. Bu yüzden tasarlanan hidrojellerin yara örtüsü olarak kullanılabilir olduğu saptanmıştır. Daha detaylı bilgi için : Khorasani, M. T., Joorabloo, A., Moghaddam, A., Shamsi, H., & MansooriMoghadam, Z. (2018). Incorporation of ZnO nanoparticles into heparinised polyvinyl alcohol/chitosan hydrogels for wound dressing application. International journal of biological macromolecules, 114, 1203-1215.

1. İstanbul Medeniyet Üniversitesi
Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Nanobilim ve Nanomühendislik A.B.D.
Yara Örtü Uygulaması için ZnO Nanopartiküllerin
Heparinize Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi
NBM 503 Nanobilim ve Nanomühendisliğe Giriş
Dersin Hocası: Doç. Dr. Murat KAZANCI
Hazırlayan ve Sunan: Necla YÜCEL

2. İÇİNDEKİLER
• Giriş
• Yöntem & Sonuç ve Tartışma
• Hidrojellerin hazırlanması
• Karakterizasyon
• FTIR analizi
• SEM analizi
• TEM analizi
• XRD
• Gel içeriği
• Şişme oranı
• De-swelling (inme) çalışması
• Su buharı geçiş oranı (WVTR)
• Temas açısı ölçümü
• Hücre Canlılığı- Cell viability
• Anti-bakteriyel Özellikler
• Conclusion

3. Etki Faktörü: 4.784 (2018)
Yara Örtü Uygulaması için Zno Nanopartiküllerin Heparinize Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi

4. Giriş
• Yara örtüleri ameliyatlardan, kazalardan ve hastalıklardan sonra yaraları ve cildin zarar görmüş
kısımlarını korumak için kullanılır.
• İdeal bir yara-örtüsünün sahip olması gereken bazı özellikler:
1- nemli, uygun bir ortam sağlamalı; ağrıyı azaltmalı
2- yaralı bölgeyi mikroplara örneğin, bakteri, enfeksiyon, mantar vb. mikroorganizmalara karşı
korumalı;
3- yara sıvılarını emmeli;
4-esnek olmalı, non-toksik olmalı, ayrıca biyouyumlu ve biyobozunur olmalı
5-Çıkarılırken yara dokusunu kaldırmamalı
Yara Örtü Uygulaması için Zno Nanopartiküllerin Heparinize Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi

5. Giriş (devamı)
Hidrojel: Hidrojeller, %90-95 su içeren polimerlerden oluşur. Özelliği yüksek derecede bulunan yaranın
akıntısını emer. Yaranın yüzeyine yapışmaz. Yara yüzeyinde serinletici bir etki yaratırlar.
Yara Örtü Uygulaması için Zno Nanopartiküllerin Heparinize Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi
Avantajları:
• Yumuşatıcı özelliğine sahiptir, ağrıyı azaltır.
• Yara yatağını nemlendirir.
• Belirli düzeyde emilim sağlar.
• Hidrojel yara sargısının diğer avantajları arasında kan,
sıvılar ve vücudun dokularına temas ederken biyolojik
uyumu vardır.
Dezavantaj(ları):
İkinci bir pansuman kullanımını gerektirir.

6. Yara pansumanlarının üretiminde özellikle hidrojel bazlı iskelelerde, biyouyumlu
olma, toksisite eksikliği ve nispeten düşük fiyat nedeniyle PVA ve kitosan gibi
biyopolimerler kullanılır.
• Kitosan polimerinin, yara sargısındaki varlığı granülasyonu
arttırdığı gibi enflamatuar hücrelerin de (polimorfonükleer
lökositler, lenfositler ve makrofajlar dahil) işlevini hızlandırır.
Fakat CS düşük mukavemete sahip olduğu için başka
polimerler ile harmanlanıp kullanıma sunulmaktadır.
• PVA doku mühendisliğinde ve kontrollü ilaç salımı gibi birçok
uygulamaya sahip bir polimerdir.
• PVA ve kitosan karışımı ile polarite ve moleküller arası bağlar
oluşturma eğilimi nedeniyle uygun bir stabilite
yakalanabilmektedir.
• Heparin, in vivo çalışmalarda kılcal damar oluşumu, kollajen
ve anjiyogenez nedeniyle yara iyileşme hızının artmasında
etkili olması ayrıca yara sargılarının
biyoaktivitesini/biyouyumluluğunu geliştirmek için
• Yara pansumanlarında kullanılan farklı nanoparçacıklar
arasında ZnO, yara yüzeyi üzerindeki Zn iyonunu serbest
bırakarak keratinositleri arttıran ve yara iyileşme sürecini
hızlandıran normal vücut hücreleri üzerinde zararlı etkileri
olmayan, antibakteriyel, ucuz, toksik olmayan ve çevre dostu
materyallerdir
Yara Örtü Uygulaması için Zno Nanopartiküllerin Heparinize
Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi

7. Materyaller ve Yöntemler
Yara Örtü Uygulaması için Zno Nanopartiküllerin Heparinize
Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi

8. PVA / kitosan / nZnO hidrojelinin hazırlanması
1. PVA çözeltisi hazırlanmıştır-> karıştırıcı içerisinde 10 gr PVA+100 mL dd. Su ; T=
90 oC ; t=1 saat
2. Kitosan çözeltisi hazırlanmıştır-> 2 gr kitosan+100 mL %1 (v/v) asetik asit sulu
çözeltisi; T=oda sıcaklığı
3. PVA ve kitosan solüsyonları sırasıyla çeşitli ağırlık oranları ile bir araya getirilmiş
ve polimerik çözeltilere, polimerin ağırlığına göre (%0, %0,5 ve %1 oranlarında)
nZnO tozu eklenmiş ve karışım 1 saat boyunca karıştırılmıştır.
4. Polimerik solüsyonlar teflon kalıplara aktarılmış ve 22 saat boyunca -20 ° C’de
bırakılmıştır.
5. Dondurulan jeller, 2 saat oda sıcaklığında tutulmuş ve bu şekilde dondurma ve
çözülme işlemi 2 ve 4 döngü boyunca gerçekleştirilmiştir.
6. Porlu PVA/ kitosan/ nZnO elde etmek için 24 saat boyunca liyofilize edilmiştir.
Yara Örtü Uygulaması için Zno Nanopartiküllerin Heparinize Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi

9. PVA-chitosan-nZNO hydrogel
Yara Örtü Uygulaması için Zno Nanopartiküllerin Heparinize
Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi
PVA
kitosan
Cross-linker
nZnO
24 h, liyofilizasyon

10. Yara Örtü Uygulaması için Zno Nanopartiküllerin Heparinize Polivinilalkol/Kitosan Hidrojellerine Yüklenmesi
Heparinize hidrojellerin hazırlanması
• 2 gr Heparin+100 mL fosfat buffer (PBS); T=RT ; çözündürülmüştür.
• Hidrojel+Heparin--> Hidrojel numuneler+ heparin solüsyonu ; T= 37 °C; t=12h inkübasyon
• Daha sonra, 24 h liyofilizasyon
Hidrojel bileşenlerinin ağırlık oranları:

11. Analiz/Karakterizasyon İşlemleri ve Sonuçlar

12. Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi

13. FTIR analizi
Sentezlenen hidrojellerin molekül yapısı FTIR spektrofotometresi ile 2 cm-1
çözünürlükte ve 650-4000 cm-1 dalga boyu aralığında kaydedilmiştir.
(a) saf PVA, kitosan ve ZnO nanopartikülleri; (b) biyo-kompozit PVA / CS hidrojelleri; ve (c) ZnO nanoparçacıkları (F5:
ağırlık olarak %0,5 nZnO, F9: ağırlık olarak %1 nZnO)
O-H C-O
C-O
N-H
C-N

14. Taramalı Elektron mikroskobu (SEM)

15. SEM analizi
Hidrojellerin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu kullanılarak
belirlenmiştir.
(a-d) Sırasıyla F1-F4 formülasyonlarında 2 kez donma-çözülme döngüsü
yapılarak hazırlanan PVA/CS hidrojelleri; (e-h) Sırasıyla F5-F8
formülasyonlarında 2 kez donma-çözülme döngüsü ile hazırlanan PVA /
CS /% 0.5 nZnO biyonano-kompozit hidrojeller; (i-l) Sırasıyla F9-F12
formülasyonlannda 2 kez donma-çözülme döngüsü ile hazırlanan PVA /
CS /% 1 nZnO biyonano-kompozit hidrojeller ve; (m – p) Sırasıyla F13-
F16 formülasyonlarında 4 kez donma-çözülme döngüsü ile hazırlanan
PVA / CS hidrojelleri. Tüm görüntüler 1000X büyütme oranındadır.

16. Geçirimli elektron mikroskobu (TEM)

17. TEM analizi
Biyonano-kompozit hidrojellerin içindeki ZnO nanoparçacıklarının ortalama büyüklüğü
ve şeklinin belirlenmesi, transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kullanılarak
gerçekleştirilmiştir.
TEM sonuçlarına göre nanoparçacıkların
matris boyunca yeterli dağılım göstermiştir.
Hidrojel sistemindeki ZnO nanoparçacıklarının varlığını
doğrulamak için, PVA/Kitosan/nZnO biyonano-
kompozitleri üzerinde EDX çalışması yapılmıştır

18. X-Işını Difraktometrisi (XRD)

19. XRD analizi
XRD analizi örneklerin yapısındaki kimyasal değişiklikleri incelemek için yapılmıştır.
Bütün örneklerin ölçümü 5° ve 70° 2θ açıları arasında 1 s/step aralıklarla yapılmıştır ve
step size 1.2°/dak’ dır.
Saf nZnO ve biyonano-kompozit hidrojeller için X
ışını kırınım şablonları
ZnO için farklı kristallik durumlarını temsil eden 31.7°, 34.5°, 36.3°, 47.7 ° ve 56.7 ° 'ye ait ve 2Θ’ya eşit 5 pik gösterilmiştir. Scherrer denklemine göre,
ZnO nanopartiküllerinin ortalama boyutu 18.1 nm olarak hesaplanmıştır. Çalışılan tüm hidrojel numuneleri, hidrojel oluşturucu polimerlerin yarı kristalli
haliyle ilişkili, 19.8 ° 'ye eşit 2θ'da karakteristik bir kırınım zirvesine sahiptir. F7 ve F11 formülasyonlarına nZnO ekleyerek ve donma-çözülme döngülerini
artıran F15 formülasyonunda karakteristik pik yoğunluğunun arttığı görülmekte [Zhang ve diğ., 2015, Noshirvani ve diğ., 2017] ve bu da kristallik
miktarında bir artışa işaret etmektedir.

20. Jel içeriği
(a) Jel içeriği (%)
• jel içeriği %60 ile %87 arasında değiştiği
görülmektedir. PVA oranı hidrojel yapısında
arttıkça, jel içeriği de artarken, hidrojel
yapısında kitosan oranı arttıkça, jel içeriği azalır.
• Donma-çözülme döngüsü sayısı arttıkça, jel
içeriği artar. Hidrojel yapısının oluşumu için
daha fazla zaman sağlanması nedeniyle, polimer
zincirlerinin çapraz bağlanmasına katılmayan
bileşenlerin oranı azalır ve bileşenler arasındaki
etkileşim artar, böylece jel içeriği artar.

21. Swelling- Şişme

22. Şişme Oranı
• Şişme oranı ise 5.8 ile 9.3 arasındadır.
• Hidrojellerin yapısındaki PVA miktarını
artırarak, bu maddenin yüksek
hidrofilikliğinden dolayı şişme oranı
artar.
• Ayrıca CS artışı ile hidrojel yapısı
gevşetilir ve makromoleküler zincirler
kolayca genişletilebilir.
• Hidrojellerdeki nZnO miktarının
arttırılması şişme oranını arttırır.
(b) şişme oranı;

23. Swelling & Deswelling

24. Deswelling Oranı
• Tüm hidrojel örnekleri için deswelling oranı %87–92
aralığındadır ve nZnO arttıkça veya donma-çözülme
döngüleri değiştikçe, deswelling yüzdesinde anlamlı
bir değişiklik meydana gelmemiştir.
• Bununla birlikte, hidrojel sistemlerinde artan PVA ile
deswelling oranı daha da azalır, bunun nedeni,
polimer zincirlerinin artan PVA seviyelerine daha
güçlü bağlanmasıdır.

25. Su Buharı Geçirgenliği
Yara sargısındaki su buharı geçirgenliği olması, yara
örtüsünün kolaylıkla yaradan ayrılabilmesini
sağlamaktadır çünkü örtü ve yara arasındaki nemli ara
yüzey, örtünün yaraya yapışmasını engeller.

26. Su Buharı Geçirgenliği
• Normal cilt için WVTR, birinci derece yanık cilt
ve granül yara değerinin sırasıyla 200, 300 ve
5000 g/m2.gün ‘dür.
• Hidrojel sistemlerinde WVTR 2200-4550
g/m2.gün aralığındadır. nZnO eklendiğinde, su
buharı geçirgenliği azalır.
(c) Farklı formülasyonlardaki biyonano-kompozit
hidrojellerin WVTR'si.

27. Hazırlanan hidrojeller üzerinde yapılan
testlerin sonuçlarına göre, F3, F7, F10,
F11 ve F15 formülasyonları optimum
olanlar olarak seçildi. Bu formülasyonlar
maksimum jel içeriğine, optimal şişme
oranına, ve optimal WVTR'ye sahiptir.

28. Temas açısı
Adhezyon > Kohezyon Islatan sıvı
Kohezyon > Adhezyon Islatmayan sıvı
Temas açısı, yüzeyin ıslatma karakteristiklerinin bir ölçüsü
olduğuna göre 90o’den daha az temas açısına sahip bir yüzeye
hidrofilik veya ıslatmış yüzey, temas açısı 90o veya daha
yüksek bir yüzey ise hidrofobik veya ıslatmamış yüzey denir.

29. Temas açısı analizi
• nZnO içermeyen hidrojel örneklerinde, hidrojeller iki donma-çözülme döngüsü
ile sağlandığı zaman, su damlası hemen temas açısı testindeki hidrojele nüfuz
eder ve temas açısının ölçülmesini imkansız hale getirmiştir.
Donma-çözülme döngülerinin sayısını 2'den 4'e (F14 ve F15 formülasyonları) arttırıp hidrojel sistemine (F10, F7 ve F11 formülasyonları)
ağırlıkça %0.5 ve %1 ZnO nanoparçacıkları ekleyendiğinde temas açısı artmıştır. nZnO eklenmesi hidrofobikliğin artmasına neden olur ve
bu yüzden yüzeyin suyu absorbe etme eğiliminde azalma ve temas açısının artmasına neden olmaktadır [Morgado ve diğ., 2014]. Ek
olarak, donma-çözülme döngülerinin sayısının arttırılması, hidrojelin bileşenleri arasında daha güçlü bağlar oluşturur, yüzeyde mevcut
boşlukları azaltır ve yüzeyin suyu absorbe etme eğiliminde azalma ve temas açısını arttırma ile sonuçlanan kristalliği arttırır.

30. Hücre Canlılığı Testi
Tüm hidrojel numunelerinin, fare fibroblast
hücreleri (L-929) ile temas ettiğinde, 24 ile 48
saat içerisinde toksisite olmadığını göstermiştir.
• 24 saat sonra, hücre canlılığı %73-89 (kontrol
örneği %100 kabul edilmiştir) aralığında
olduğu görülmüştür.
• Tüm numunelerin hücre canlılığı %80'in
üzerine ulaşmıştır. Testin sonucunda,
sentezlenen hidrojellerin tamamen biyo-
uyumlu olduğu anlaşılmıştır.

31. Antibakteriyel Özellik
Biyonano-kompozitlerin antibakteriyel aktivitesi, E. coli ve S. aureus kullanılarak disk difüzyon yöntemi ile değerlendirilmiştir. Bu
bakteriler ciltte ve vücudun diğer yumuşak dokularında ciddi enfeksiyonlara neden olabilir ve akut ve kronik yara iyileşmesi sürecini
geciktirebilir.
• Buna göre, nZnO içeren hidrojel numuneleri
önemli antibakteriyel özellikler gösterirken,
nZnO içermeyen numuneler küçük
antibakteriyel aktiviteye sahiptir.
• Nanopartiküller arttıkça, inhibisyon zonu da
artar ve en yüksek inhibisyon zonu, S. aureus
numunelerinde gözlenir, bunun nedeni, sözü
edilen bakterilerde hücre duvarı yapısındaki
farktır.

32. Sonuç olarak
• Yukarıdaki sonuçlar göz önüne alındığında, PVA/CS/nZnO/ Heparin
hidrojel biyonano-kompozitler, yaranın yüzeyini dehidrasyon ve
eksüda birikimine karşı etkili bir şekilde koruyabilir ve bakteri
büyümesini ve enfeksiyonlarını önlerken, yara iyileşme sürecindeki
performansını da hızlandırır.

33. Dinlediğiniz için Teşekkürler . . .